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Verfahren zur Herstellung von zähplastischen Deckschichten im Tiefbau
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Die vielfachen von der Materialseite, d. h. dem Bitumen, und von der Verfahrensseite der Aufbringung begegnenden Schwierigkeiten, die der Herstellung einer starken bituminösen Deckschicht in Stollen und Schächten im Tiefbau entgegenstehen, werden durch das erfindungsgemässe Verfahren vermieden.
Dieses zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass gemahlener bituminöser Feststoff, wie Hartasphalt, Hartpech oder Petrolpech, und eine diesen auflösende gleichartige bituminöse Flüssigkeit, z. B. Mineralöl oder Teeröl, die getrennt aus einem Verarbeitungsgerät austreten, so zeitgleich auf die Abdeckfläche aufgebracht werden, dass sie sich dabei miteinander mischen und zu einer homogenen, zähplastischen, die Deckschicht bildenden Masse vereinigen. Der Feststoff und die Flüssigkeit kommen in der Deckschicht miteinander in Kontakt, wobei sofort ein Anlösen des Feststoffes und damit ein Eindicken erfolgt, so dass das Material auch auf senkrechten Flächen in Stärke von einigen Millimetern haftet.
Die Anfangszähigkeit kann bei höheren Raumtemperaturen durch Wahl einer Flüssigkeit entsprechender Viskosität, die bei der jeweiligen Arbeitstemperatur zweckmässig mit zirka 25 bis 300E gewählt wird, in zweckentsprechender Weise derart eingestellt werden, dass von Anfang an jedes Abwärtsfliessen des gebildeten Filmes, dessen Dicke ein Vielfaches des Durchmessers der Feststoffteilchen beträgt, ausgeschlossen ist. Die bituminöse Masse geht dabei fortschreitend in den zähplastischen Endzustand über.
Bei Aufbau der bituminösen Deckschicht auf Steinkohlen-Teerbasis wird als Feststoff ein Hartpech verwendet, dem als flüssige Lösungsphase Teeröl zugeordnet ist. Bei einer bituminösen Deckschicht auf der Mineralölbasis wird ein feingemahlener Hartasphalt und ein mittleres Mischöl besonders kostengünstig in Form eines unbehandelten Roh-Erdöles verwendet. Es können auch Feststoff-und Flüssigkeitskomponente aus dem Mineralöl-und Teerölbereich zwecks Einstellung eines sogenannten Verbundbitumens miteinander gemischt werden.
Bei Erfordernis einer Bitumendeckschicht hoher Endzähigkeit bei den jeweils vorliegenden Betriebstemperaturen wird vorteilhaft ein Mischöl verwendet, das eine Fliessgrenze besitzt, die oberhalb der Betriebstemperatur liegt. Beispielsweise durch Zusatz von Paraffin wird ein erhöhter Stockpunkt eingestellt, so dass eine hohe Anfangszähigkeit der Deckschicht erreicht wird. Paraffinöse Rohöle, deren
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raffinierter Mittelöle liegen, den Aufbau bituminöser Deckschichten von mehreren Millimetern Stärke in einem Arbeitsgang. Mit dem gleichen Ziel kann in aromatischen Ölen durch polymere organische Verbindungen, die lineare Makromolekulare bilden, wie z. B. Styropore, Epoxyde und Butadiene, ein quasi-plastisches Verhalten unter Aufbau einer nur in geringem Masse temperaturempfindlichen Fliessgrenze eingestellt werden.
Die Anwendung ist bei entsprechend höherem Kostenaufwand auf Temperaturen oberhalb des Frostpunktes beschränkt.
Die erfindungsgemässe Verfahrenstechnik der getrennten, jedoch zeitgleichen Aufbringung eines bituminösen Feststoffes und einer diesen unter Eindickung zu einer zähplastischen Masse auflösenden bituminösen Flüssigkeit kann in einfachster Weise dadurch erfolgen, dass die bituminöse Flüssigkeit auf die Abdeckfläche aufgesprüht und der gemahlene Feststoff in den Sprühkegel eingebracht wird, oder gemäss einer andern Ausführungsform dadurch, dass zunächst die Flüssigkeit auf den Stoss aufgesprüht und unmittelbar darauffolgend, d. h. praktisch zeitgleich, in den gebildeten Flüssigkeitsfilm der feingemahlene Feststoff eingebracht wird.
Ein für die Auftragung der Bitumenkomponente geeignetes Gerät ist aufgebaut aus einem Stutzen für den Austritt des Feststoffes, dem aus einem Vorratsbehälter der gemahlene Feststoff pneumatisch oder mechanisch zugeführt wird, und aus einem oder mehreren unterhalb oder um den Feststoffstutzen angeordneten Düsen, aus denen die flüssige Komponente unter Druck feinzerteilt mit hoher Geschwindigkeit austritt und auf die Abdeckfläche gesprüht wird. Der erste Kontakt zwischen dem Feststoff und der Flüssigkeit findet in dem Sprühkegel der Flüssigkeit statt. Die von der Flüssigkeit eingehüllten Feststoffteilchen werden sofort angelöst, so dass bei Auftreffen auf die Deckschicht ein Einbinden erfolgt. Dadurch kann ein hoher Feststoffanteil, der zu einer hohen Endzähigkeit führt, erzielt werden.
Bei einem Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis von 2 : 1 und Verwendung einer bituminösen Flüssigkeit grosser Zähigkeit, deren Versprühen heute technisch möglich ist, kann ein bituminöses Endprodukt erreicht werden, dessen Zähigkeit jener hochwertiger geblasener Bitumenqualitäten gleichwertig ist. Bei Verwendung eines quasi-plastischen Öles, das eine ausgeprägte Fliessgrenze besitzt, kann ein Endprodukt hergestellt werden, das Scherfestigkeitswerte von einigen gfcm2 besitzt, die den Aufbau einer ungestützten Deckschicht von zirka 1 cm Stärke an einer vertikalen Wand ermöglichen.
Die nach diesem erfindungsgemässen Verfahren aufgebauten Deckschichten können auch auf mit Eis bedeckten Flächen aufgetragen werden, da der geringe Wärmeinhalt der kalt zu verarbeitenden
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Bitumenkomponenten den Frostzustand in der Gefrierwand nicht aufhebt. In nach dem
Gefrierverfahren abgeteuften Schächten kann damit erstmalig eine wasserdichte bituminöse Deckschicht unmittelbar auf den gefrorenen Stoss aufgetragen werden, ohne dass dabei die Festigkeit der tiefgefrorenen Eiserdstoffwand vermindert oder eine gefährdende Beeinträchtigung der Homogenität der
Bitumenschicht eintritt, was bei Heissbitumen oder Bitumenemulsionen unvermeidbar ist.
Bei Stoss-und Raumtemperaturen oberhalb des Frostpunktes von 0 bis 200 sind zweckmässig bituminöse Flüssigkeiten, die bei der jeweiligen Temperatur nicht wie eine Newton'sche Flüssigkeit fliessen, sondern ein zähplastisches Verhalten zeigen, d. h. nur bei überschreiten einer bestimmten
Scherbeanspruchung plastisch fliessen, zu verwenden. Mineralische öle zeigen dieses Verhalten, wenn in ihnen unterhalb einer bestimmten Temperatur, die als Stockpunkt bezeichnet wird, eine durch Bildung eines paraffinösen Skeletts hervorgerufene Strukturviskosität auftritt. Die Mindestspannung, die erforderlich ist, um ein Fliessen hervorzurufen, wird in der Verfahrenstechnik als Fliessgrenze bezeichnet bzw. in dynfcm2 angegeben.
In wirtschaftlich vorteilhafter Weise können billige paraffinöse Rohöle, bei denen der durch den
Paraffingehalt bestimmte Stockpunkt oberhalb der Raumtemperatur liegt, eingesetzt werden. Die Anlösungsgeschwindigkeit dieser Rohöle mit der Hartasphaltkomponente ist erfahrungsgemäss ausreichend. Dazu bewirkt das im Rohöl enthaltene Paraffin, dass sich im Zeitpunkt des Auftreffens auf die abzudeckende Fläche ein das Abfliessen verhinderndes Paraffinskelett aufbaut. Ein abweichend vom Fliessverhalten paraffinöser öle von der Temperatur unabhängig sich elastisch-plastisch verhaltendes öl kann durch Zusatz von strukturbildenden Kunststoffen hergestellt werden.
Aus der Bitumen-Asphalt-Technik sind Zusätze von synthetischen und natürlichen Gummi-oder Kautschukprodukten sowie der Derivate von Äthylenen, Aminen oder Propylenen, die vorzugsweise langkettige Makromoleküle besitzen, bekannt. Offensichtlich vorwiegend auf Grund des physikalischen Aufbaues der Makrostruktur der Zusätze wird in den bituminösen ölen ein Strukturskelett aufgebaut, das dem Bitumen unter Ausbildung einer ausgeprägten Fliessgrenze ein elastisch-plastisches Verhalten erteilt. Bituminöse Deckschichten, bei deren Aufbau der Ölphase derartige strukturbildende Zusätze zugesetzt sind, können in grösserer Stärke hergestellt werden, ohne dass ein Abfliessen zu befürchten ist.
Mit dieser Verarbeitungstechnik können des weiteren in die Deckschicht Füll- und Armierungsstoffe verschiedenster Art eingearbeitet werden. Durch Zuführung feingemahlener inerter Feststoffe mit erhöhtem Raumgewicht, z. B. Schwerspat oder Kalkmehl, kann das Raumgewicht bituminöser Massen, das im Mittel zirka 1 gfcm3 beträgt, erhöht werden. Das Raumgewicht der bituminösen Massen kann durch Zusatz poröser Leichtstoffe gesenkt werden, dabei wird auch eine Verringerung der schon geringen Wärmeleitfähigkeit der bituminösen Masse für Zwecke des Wärmeschutzes vorteilhaft erzielt.
Durch Einbau von faserigen Füllstoffen, z. B. in Form von Glasfasern, kann der Deckschicht ein wesentlich verbessertes Standverhalten bei Zug- und Scherbeanspruchungen erteilt-werden. Eine derart mit Glasfaser gefüllte Bitumenmasse, die ausserdem durch den erwähnten Zusatz strukturbildender Mittel in der flüssigen Phase eine erhöhte Fliessgrenze zur Steigerung der Standfestigkeit besitzen sollte, wird auch unter beträchtlichem hydrostatischem Druck nicht in Klüfte oder Risse abgepresst werden können.
Diese Füllstoffe werden zweckmässig dem gemahlenen Feststoff beigesetzt und können durch das Spritzverfahren ohne weitere Aufwendungen völlig gleichmässig in die Deckschicht oder in Teilschichten eingebaut werden. Bei einer getrennten Zuführung des Füllstoffes kann sein Anteil kurzfristig variierend je nach den örtlichen Erfordernissen in die Deckschicht eingebaut werden. Bei keiner der bekannten Verfahrenstechniken konnten bisher diese Vorteile erreicht werden.
Der Einbau eines Stützgerüstes aus Maschendraht oder einem Fasergewebe kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen erfolgen ; dabei wird durch das Aufsprühen der Komponenten in feinverteilter Form eine enge Bindung zwischen dem Stützgewebe und der Bitumenmasse erzielt.
Das kalt verarbeitete Spritzbitumen wird im Tiefbau zur Abdeckung der Stösse in Schächten oder Stollen, nachdem gegebenenfalls die Rauhigkeit durch eine Spritzbetonschicht ausgeglichen worden ist, aufgebracht. Bei aus dem Gebirge unter Druck zufliessendem Wasser oder bei zu erwartenden Gebirgsbewegungen kann der zur Abstützung erforderliche Betonausbau unmittelbar gegen die bituminöse Deckschicht eingebracht werden. Im Falle eines doppelwandigen Ausbaues wird die Bitumendeckschicht auf die Innenwand des äusseren Aufbauzylinders aufgebracht, gegen die dann der innere Betonzylinder eingebracht wird. In Schächten und tiefliegenden Stollen, in denen erhöhte Wasserdrücke zu erwarten sind, werden zweckmässig die schon genannten Massnahmen zur Erhöhung der Standfestigkeit der Deckschicht angewendet.
Die Anwendungsmöglichkeiten beschränken sich jedoch
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nicht nur auf Schächte und Stollen, sondern können überall dort Anwendung finden, wo bituminöse Deckschichten hergestellt werden müssen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von zähplastischen Deckschichten im Tiefbau auf Feld-oder
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bituminöser Feststoff, wie Hartasphalt, Hartpech oder Petrolpech und eine diesen auflösende artgleiche bituminöse Flüssigkeit, z. B. Mineralöl oder Teeröl, die getrennt aus einem Verarbeitungsgerät austreten, so zeitgleich auf die Abdeckfläche aufgebracht werden, dass sie sich dabei miteinander mischen und zu einer homogenen, zähplastischen, die Deckschicht bildenden Masse vereinigen.
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